余國(guó)鋒　王煜　葉文波

摘要： 針對(duì)云南某水電站，在優(yōu)化導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的基礎(chǔ)上，對(duì)兩臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組在額定水頭、額定出力、全部甩負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算.通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，采用特征線(xiàn)法，運(yùn)用Matlab/Simulink軟件對(duì)機(jī)組大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行了模擬仿真，計(jì)算結(jié)果基本是可行的.研究為該水電站安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了參考，同時(shí)為同類(lèi)型電站在設(shè)計(jì)施工時(shí)計(jì)算大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程提供了依據(jù).

關(guān)鍵詞：

水輪發(fā)電機(jī)組； 大波動(dòng)； 仿真

中圖分類(lèi)號(hào)： TV 136文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

水輪發(fā)電機(jī)組大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程的計(jì)算是指結(jié)合水利—機(jī)械系統(tǒng)布置優(yōu)化以及調(diào)壓室的設(shè)置分析和體型優(yōu)化，在優(yōu)化機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律和機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量基礎(chǔ)上，采用特征線(xiàn)法，進(jìn)行水利—機(jī)械系統(tǒng)整體布置的合理性和強(qiáng)度評(píng)價(jià).主要內(nèi)容包括：機(jī)組在各種正常工況和組合工況下，蝸殼進(jìn)口處最大內(nèi)水壓力﹑尾水管進(jìn)口處最小內(nèi)水壓力（尾水管真空度）和機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升值，以及相應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)[1].

機(jī)組突然甩去或增加全部負(fù)荷時(shí)的大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程是對(duì)水電站水輪發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行最大的威脅.在甩負(fù)荷過(guò)程中導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，導(dǎo)致引水系統(tǒng)中將產(chǎn)生較大的水錘壓力，同時(shí)因發(fā)電機(jī)負(fù)荷減至零，較大的水流力矩使機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，此時(shí)水壓和轉(zhuǎn)速的過(guò)大變化將威脅機(jī)組和水工建筑物的安全，同時(shí)會(huì)因系統(tǒng)可能存在的不穩(wěn)定性問(wèn)題而引起系統(tǒng)的震蕩.本文研究的云南省某水電站采用的是壩后式的開(kāi)發(fā)方式，2臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，型號(hào)為HLA551-LJ-265.對(duì)2臺(tái)機(jī)組在額定水頭和額定出力全部甩負(fù)荷時(shí)的大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，分析蝸殼進(jìn)口處最大內(nèi)水壓力、尾水管進(jìn)口處最小內(nèi)水壓力（尾水管真空度）和機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升值等.

1計(jì)算方法

本文采用特征線(xiàn)法，該方法是目前求解管道系統(tǒng)水利瞬變最常用的的數(shù)值計(jì)算方法，其優(yōu)點(diǎn)為：可建立穩(wěn)定性準(zhǔn)則；邊界條件易編成程序，可處理復(fù)雜系統(tǒng)；適用于各種管道水利瞬變分析.

2大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程的計(jì)算

2.1工程概況

本文研究的水電站布置結(jié)構(gòu)如圖3所示.其上游引水系統(tǒng)由進(jìn)水口、引水隧洞和壓力管道組成.采用一管二機(jī)Y型分岔方式供水，水庫(kù)水位為1 461.80 m，尾水位為1 425.4 m，水輪機(jī)額定水頭為30.0 m，額定流量為44.97 m3·s-1，額定轉(zhuǎn)速為166.7 r·min-1，額定出力為12.5 MW，機(jī)組飛逸轉(zhuǎn)速為335.6 r·min-1，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為1 000 N·m2[3].選擇合適的調(diào)壓閥，其位置設(shè)在蝸殼進(jìn)口處的前端.要求機(jī)組在任何工況甩負(fù)荷時(shí)，鋼管允許的最大壓力為100 m水頭；蝸殼允許的最大壓力≤50 m水頭；機(jī)組轉(zhuǎn)速上升值≤55%nr，nr為額定轉(zhuǎn)速；尾水管進(jìn)口最大真空度不得大于8 m水柱.

2.2計(jì)算結(jié)果分析

導(dǎo)葉開(kāi)啟規(guī)律采用直線(xiàn)開(kāi)啟，單機(jī)增加負(fù)荷時(shí)總時(shí)間為20 s，雙機(jī)增加負(fù)荷時(shí)為52 s；導(dǎo)葉采用直線(xiàn)關(guān)閉規(guī)律，總時(shí)間為13 s；調(diào)壓閥采用直線(xiàn)開(kāi)啟，總時(shí)間為13 s[4].當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速、額定水頭、額定出力運(yùn)行時(shí)同時(shí)甩負(fù)荷，大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程的主要參數(shù)變化如圖4所示.

由圖4分析可知，兩臺(tái)機(jī)組額定水頭、額定出力運(yùn)行，并同時(shí)甩負(fù)荷，導(dǎo)葉正常關(guān)閉，調(diào)壓閥正常開(kāi)啟至設(shè)計(jì)相對(duì)行程0.75，有：

（1） 蝸殼進(jìn)口最大內(nèi)水壓力為47.81 m水頭，小于允許值50.0 m水頭.

（2） 機(jī)組最大轉(zhuǎn)速為247.97 r·min-1，小于允許值258.4 r·min-1.

（3） 尾水管進(jìn)口的最大內(nèi)水壓力為-1.67 m水頭，滿(mǎn)足真空度小于8 m水柱的要求，并且余度很大.

（4） 調(diào)壓閥出現(xiàn)的最大壓力為44.08 m水頭，小于允許值60 m水頭，且余度較大[5]

3結(jié)語(yǔ)

大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程的計(jì)算分析是檢驗(yàn)和校核已建或新建水電站的合理布置和設(shè)計(jì)可靠性的重要手段，可對(duì)水電站的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理有效的評(píng)估，同時(shí)為水電站的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供可靠的依據(jù).本文對(duì)云南某水電站大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可為電站的運(yùn)行提供參考.但是模擬的結(jié)果和實(shí)際運(yùn)行情況有所不同，對(duì)水電站中大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程還要結(jié)合水電站的具體情況進(jìn)行分析，以確保電站安全穩(wěn)定運(yùn)行.

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭源，張健.水力機(jī)組的過(guò)渡過(guò)程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008.

[2]常近時(shí).水力機(jī)械過(guò)渡過(guò)程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

[3]樊紅剛，陳乃祥，孔慶蓉，等.沖擊式水電站過(guò)渡過(guò)程數(shù)值模擬[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2007，26（2）：133-136.

[4]王丹，楊建東，高志芹.導(dǎo)葉開(kāi)啟時(shí)間對(duì)水電站過(guò)渡過(guò)程的影響[J].水力學(xué)報(bào)，2005，36（1）：73-75.

[5]楊雷，王子成. 云南萬(wàn)家口子水電站工程水力過(guò)渡過(guò)程的計(jì)算分析[J].吉林水力，2008（S1）：76-79.

摘要： 針對(duì)云南某水電站，在優(yōu)化導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的基礎(chǔ)上，對(duì)兩臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組在額定水頭、額定出力、全部甩負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算.通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，采用特征線(xiàn)法，運(yùn)用Matlab/Simulink軟件對(duì)機(jī)組大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行了模擬仿真，計(jì)算結(jié)果基本是可行的.研究為該水電站安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了參考，同時(shí)為同類(lèi)型電站在設(shè)計(jì)施工時(shí)計(jì)算大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程提供了依據(jù).

關(guān)鍵詞：

水輪發(fā)電機(jī)組； 大波動(dòng)； 仿真

中圖分類(lèi)號(hào)： TV 136文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

水輪發(fā)電機(jī)組大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程的計(jì)算是指結(jié)合水利—機(jī)械系統(tǒng)布置優(yōu)化以及調(diào)壓室的設(shè)置分析和體型優(yōu)化，在優(yōu)化機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律和機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量基礎(chǔ)上，采用特征線(xiàn)法，進(jìn)行水利—機(jī)械系統(tǒng)整體布置的合理性和強(qiáng)度評(píng)價(jià).主要內(nèi)容包括：機(jī)組在各種正常工況和組合工況下，蝸殼進(jìn)口處最大內(nèi)水壓力﹑尾水管進(jìn)口處最小內(nèi)水壓力（尾水管真空度）和機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升值，以及相應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)[1].

機(jī)組突然甩去或增加全部負(fù)荷時(shí)的大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程是對(duì)水電站水輪發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行最大的威脅.在甩負(fù)荷過(guò)程中導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，導(dǎo)致引水系統(tǒng)中將產(chǎn)生較大的水錘壓力，同時(shí)因發(fā)電機(jī)負(fù)荷減至零，較大的水流力矩使機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，此時(shí)水壓和轉(zhuǎn)速的過(guò)大變化將威脅機(jī)組和水工建筑物的安全，同時(shí)會(huì)因系統(tǒng)可能存在的不穩(wěn)定性問(wèn)題而引起系統(tǒng)的震蕩.本文研究的云南省某水電站采用的是壩后式的開(kāi)發(fā)方式，2臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，型號(hào)為HLA551-LJ-265.對(duì)2臺(tái)機(jī)組在額定水頭和額定出力全部甩負(fù)荷時(shí)的大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，分析蝸殼進(jìn)口處最大內(nèi)水壓力、尾水管進(jìn)口處最小內(nèi)水壓力（尾水管真空度）和機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升值等.

1計(jì)算方法

本文采用特征線(xiàn)法，該方法是目前求解管道系統(tǒng)水利瞬變最常用的的數(shù)值計(jì)算方法，其優(yōu)點(diǎn)為：可建立穩(wěn)定性準(zhǔn)則；邊界條件易編成程序，可處理復(fù)雜系統(tǒng)；適用于各種管道水利瞬變分析.

2大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程的計(jì)算

2.1工程概況

本文研究的水電站布置結(jié)構(gòu)如圖3所示.其上游引水系統(tǒng)由進(jìn)水口、引水隧洞和壓力管道組成.采用一管二機(jī)Y型分岔方式供水，水庫(kù)水位為1 461.80 m，尾水位為1 425.4 m，水輪機(jī)額定水頭為30.0 m，額定流量為44.97 m3·s-1，額定轉(zhuǎn)速為166.7 r·min-1，額定出力為12.5 MW，機(jī)組飛逸轉(zhuǎn)速為335.6 r·min-1，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為1 000 N·m2[3].選擇合適的調(diào)壓閥，其位置設(shè)在蝸殼進(jìn)口處的前端.要求機(jī)組在任何工況甩負(fù)荷時(shí)，鋼管允許的最大壓力為100 m水頭；蝸殼允許的最大壓力≤50 m水頭；機(jī)組轉(zhuǎn)速上升值≤55%nr，nr為額定轉(zhuǎn)速；尾水管進(jìn)口最大真空度不得大于8 m水柱.

2.2計(jì)算結(jié)果分析

導(dǎo)葉開(kāi)啟規(guī)律采用直線(xiàn)開(kāi)啟，單機(jī)增加負(fù)荷時(shí)總時(shí)間為20 s，雙機(jī)增加負(fù)荷時(shí)為52 s；導(dǎo)葉采用直線(xiàn)關(guān)閉規(guī)律，總時(shí)間為13 s；調(diào)壓閥采用直線(xiàn)開(kāi)啟，總時(shí)間為13 s[4].當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速、額定水頭、額定出力運(yùn)行時(shí)同時(shí)甩負(fù)荷，大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程的主要參數(shù)變化如圖4所示.

由圖4分析可知，兩臺(tái)機(jī)組額定水頭、額定出力運(yùn)行，并同時(shí)甩負(fù)荷，導(dǎo)葉正常關(guān)閉，調(diào)壓閥正常開(kāi)啟至設(shè)計(jì)相對(duì)行程0.75，有：

（1） 蝸殼進(jìn)口最大內(nèi)水壓力為47.81 m水頭，小于允許值50.0 m水頭.

（2） 機(jī)組最大轉(zhuǎn)速為247.97 r·min-1，小于允許值258.4 r·min-1.

（3） 尾水管進(jìn)口的最大內(nèi)水壓力為-1.67 m水頭，滿(mǎn)足真空度小于8 m水柱的要求，并且余度很大.

（4） 調(diào)壓閥出現(xiàn)的最大壓力為44.08 m水頭，小于允許值60 m水頭，且余度較大[5]

3結(jié)語(yǔ)

大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程的計(jì)算分析是檢驗(yàn)和校核已建或新建水電站的合理布置和設(shè)計(jì)可靠性的重要手段，可對(duì)水電站的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理有效的評(píng)估，同時(shí)為水電站的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供可靠的依據(jù).本文對(duì)云南某水電站大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可為電站的運(yùn)行提供參考.但是模擬的結(jié)果和實(shí)際運(yùn)行情況有所不同，對(duì)水電站中大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程還要結(jié)合水電站的具體情況進(jìn)行分析，以確保電站安全穩(wěn)定運(yùn)行.

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭源，張健.水力機(jī)組的過(guò)渡過(guò)程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008.

[2]常近時(shí).水力機(jī)械過(guò)渡過(guò)程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

[3]樊紅剛，陳乃祥，孔慶蓉，等.沖擊式水電站過(guò)渡過(guò)程數(shù)值模擬[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2007，26（2）：133-136.

[4]王丹，楊建東，高志芹.導(dǎo)葉開(kāi)啟時(shí)間對(duì)水電站過(guò)渡過(guò)程的影響[J].水力學(xué)報(bào)，2005，36（1）：73-75.

[5]楊雷，王子成. 云南萬(wàn)家口子水電站工程水力過(guò)渡過(guò)程的計(jì)算分析[J].吉林水力，2008（S1）：76-79.

摘要： 針對(duì)云南某水電站，在優(yōu)化導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的基礎(chǔ)上，對(duì)兩臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組在額定水頭、額定出力、全部甩負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算.通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，采用特征線(xiàn)法，運(yùn)用Matlab/Simulink軟件對(duì)機(jī)組大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行了模擬仿真，計(jì)算結(jié)果基本是可行的.研究為該水電站安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了參考，同時(shí)為同類(lèi)型電站在設(shè)計(jì)施工時(shí)計(jì)算大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程提供了依據(jù).

關(guān)鍵詞：

水輪發(fā)電機(jī)組； 大波動(dòng)； 仿真

中圖分類(lèi)號(hào)： TV 136文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

水輪發(fā)電機(jī)組大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程的計(jì)算是指結(jié)合水利—機(jī)械系統(tǒng)布置優(yōu)化以及調(diào)壓室的設(shè)置分析和體型優(yōu)化，在優(yōu)化機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律和機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量基礎(chǔ)上，采用特征線(xiàn)法，進(jìn)行水利—機(jī)械系統(tǒng)整體布置的合理性和強(qiáng)度評(píng)價(jià).主要內(nèi)容包括：機(jī)組在各種正常工況和組合工況下，蝸殼進(jìn)口處最大內(nèi)水壓力﹑尾水管進(jìn)口處最小內(nèi)水壓力（尾水管真空度）和機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升值，以及相應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)[1].

機(jī)組突然甩去或增加全部負(fù)荷時(shí)的大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程是對(duì)水電站水輪發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行最大的威脅.在甩負(fù)荷過(guò)程中導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，導(dǎo)致引水系統(tǒng)中將產(chǎn)生較大的水錘壓力，同時(shí)因發(fā)電機(jī)負(fù)荷減至零，較大的水流力矩使機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，此時(shí)水壓和轉(zhuǎn)速的過(guò)大變化將威脅機(jī)組和水工建筑物的安全，同時(shí)會(huì)因系統(tǒng)可能存在的不穩(wěn)定性問(wèn)題而引起系統(tǒng)的震蕩.本文研究的云南省某水電站采用的是壩后式的開(kāi)發(fā)方式，2臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，型號(hào)為HLA551-LJ-265.對(duì)2臺(tái)機(jī)組在額定水頭和額定出力全部甩負(fù)荷時(shí)的大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，分析蝸殼進(jìn)口處最大內(nèi)水壓力、尾水管進(jìn)口處最小內(nèi)水壓力（尾水管真空度）和機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升值等.

1計(jì)算方法

本文采用特征線(xiàn)法，該方法是目前求解管道系統(tǒng)水利瞬變最常用的的數(shù)值計(jì)算方法，其優(yōu)點(diǎn)為：可建立穩(wěn)定性準(zhǔn)則；邊界條件易編成程序，可處理復(fù)雜系統(tǒng)；適用于各種管道水利瞬變分析.

2大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程的計(jì)算

2.1工程概況

本文研究的水電站布置結(jié)構(gòu)如圖3所示.其上游引水系統(tǒng)由進(jìn)水口、引水隧洞和壓力管道組成.采用一管二機(jī)Y型分岔方式供水，水庫(kù)水位為1 461.80 m，尾水位為1 425.4 m，水輪機(jī)額定水頭為30.0 m，額定流量為44.97 m3·s-1，額定轉(zhuǎn)速為166.7 r·min-1，額定出力為12.5 MW，機(jī)組飛逸轉(zhuǎn)速為335.6 r·min-1，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為1 000 N·m2[3].選擇合適的調(diào)壓閥，其位置設(shè)在蝸殼進(jìn)口處的前端.要求機(jī)組在任何工況甩負(fù)荷時(shí)，鋼管允許的最大壓力為100 m水頭；蝸殼允許的最大壓力≤50 m水頭；機(jī)組轉(zhuǎn)速上升值≤55%nr，nr為額定轉(zhuǎn)速；尾水管進(jìn)口最大真空度不得大于8 m水柱.

2.2計(jì)算結(jié)果分析

導(dǎo)葉開(kāi)啟規(guī)律采用直線(xiàn)開(kāi)啟，單機(jī)增加負(fù)荷時(shí)總時(shí)間為20 s，雙機(jī)增加負(fù)荷時(shí)為52 s；導(dǎo)葉采用直線(xiàn)關(guān)閉規(guī)律，總時(shí)間為13 s；調(diào)壓閥采用直線(xiàn)開(kāi)啟，總時(shí)間為13 s[4].當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速、額定水頭、額定出力運(yùn)行時(shí)同時(shí)甩負(fù)荷，大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程的主要參數(shù)變化如圖4所示.

由圖4分析可知，兩臺(tái)機(jī)組額定水頭、額定出力運(yùn)行，并同時(shí)甩負(fù)荷，導(dǎo)葉正常關(guān)閉，調(diào)壓閥正常開(kāi)啟至設(shè)計(jì)相對(duì)行程0.75，有：

（1） 蝸殼進(jìn)口最大內(nèi)水壓力為47.81 m水頭，小于允許值50.0 m水頭.

（2） 機(jī)組最大轉(zhuǎn)速為247.97 r·min-1，小于允許值258.4 r·min-1.

（3） 尾水管進(jìn)口的最大內(nèi)水壓力為-1.67 m水頭，滿(mǎn)足真空度小于8 m水柱的要求，并且余度很大.

（4） 調(diào)壓閥出現(xiàn)的最大壓力為44.08 m水頭，小于允許值60 m水頭，且余度較大[5]

3結(jié)語(yǔ)

大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程的計(jì)算分析是檢驗(yàn)和校核已建或新建水電站的合理布置和設(shè)計(jì)可靠性的重要手段，可對(duì)水電站的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理有效的評(píng)估，同時(shí)為水電站的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供可靠的依據(jù).本文對(duì)云南某水電站大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可為電站的運(yùn)行提供參考.但是模擬的結(jié)果和實(shí)際運(yùn)行情況有所不同，對(duì)水電站中大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程還要結(jié)合水電站的具體情況進(jìn)行分析，以確保電站安全穩(wěn)定運(yùn)行.

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